大学有机化学脂环烃PPT课件
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加一“环”字. (C) 环上有多个取代基时，应将成环碳原子编号，标
出取代基的位号。编号时，仍遵循“最低系列” 原则，若有两种符合“最低系列”的编号，则使 “顺序规则”中“优先”的基团具有较大的位次 号。
3
CH3
5
1
CH3
2
4
3
1,2-二甲基环戊烷
1-甲基-3-乙基环己烷 **小取代基为1位.
1,1,4-三甲基环己烷
CH3
H
丙烷及环丙烷分子中碳碳键 原子轨道交盖情况
H
114°
H
17
特点： (1) C：sp3杂化，3个C原子共平 面，正三角形。
(2) 弯键,C－C－C键角105°，
偏离正常键角。两个相邻的C原子以sp3
杂化轨道形成 C－C σ键时，以弯曲的 方式交盖（存在角张力：键角偏离正常 键角而产生的张力），从而未能最大程 度的交盖。因此，环丙烷不稳定。
1
(1) 环烷烃--饱和的脂环烃叫环烷烃.通式CnH2n.
• 环丙烷 CH2-CH2
简写:
CH2
• 环丁烷 CH2-CH2 简写:
同 分
CH2-CH2
• 甲基环丙烷 CH2
简写:
CH-CH3
CH3
异 构 体
CH2
2
•命名(与烷烃相似): (A) 以碳环作为母体,环上侧链作为取代基命名; (B) 环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前
2.4 脂环烃
脂环烃：结构上具有环状碳骨架,而性质上与开 链烃(脂肪烃)相似的烃类,总称脂环烃. 根据脂环烃分子中所含碳环的数目，分为单环、二 环和多环脂环烃。
2.4.1 脂环烃的命名
1. 单环脂环烃
单环脂环烃的命名与烃相似： 母体名称： “环某烷或环某烯”。 环上的支链作为取代基，将其位次号和名称放在环 某烷或环某烯之前。
15
表 2.2 一些环烷烃的燃烧热
名称
环大小 分子燃烧热
/ kJ·Mol-1
平-均CH燃2烧-的热 / kJ·Mol-1
与开链烷烃 燃烧热的差 / kJ·Mol-1
环丙烷 3
2091
697
38
环丁烷 4
2744
686
27
源自文库环戊烷 5
3320
664
5
环己烷 6
3951
659
0
环庚烷 7
4637
662
3
4
当环上支链不易命名时，以碳链为母体， 环作为取代基来命名。
CH3CH2 CHCH2CH(CH3)2
2 甲基 4 环己基己烷
5
环烷的顺反异构:
由于碳原子连接成环,环上C-C单键不能自由旋转. 只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团, 就有构型不同的顺反异构体.
例: 1,4-二甲基环己烷
顺-1,4-二甲基环己烷
7
带有侧链的环烯烃命名:
(A) 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1;
(B) 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编 号顺序除双键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位 置号码的加和数为最小.
C H3
1
6
2
H3C 3 2 1
5
3
4
4
6
5
1-甲基-1-环己烯
3-甲基-1-环己烯 8
带有侧链的环烯烃命名:
环辛烷 8
5310
664
5
环壬烷 9
5981
665
6
环癸烷 10
6636
664
5
环十五烷 15
9885
660
1
开链烷烃
659
16
环烷烃的稳定性：
环己烷 > 环戊烷 > 环丁烷 > 环丙烷
环的张力越小，相应的环烷烃越稳定。
环丙烷的结构：
CH3
H
H
C
C H 2 1 0 9 .5 °
HC
60°
105°
C
18
2.4.3 环己烷的构象
环己烷的碳骨架不是平面结构， C－C－Ｃ键角为109.5°。通过旋转σ键 和键角的改变，可以得到两种典型构象：
椅式
船式
环己烷的椅式和船式构象
19
环己烷椅式构象
环己烷船式构象
环己烷椅式和船式构象的模型
20
椅式构象和船式构象可以相互转变，
但椅式构象比船式构象稳定：
0.25 nm
12
二环[2.2.1]庚烷
二环[2.1.0]戊烷
13
二环[3.1.1]庚烷 8,8-二甲基二环[3.2.1]辛烷
14
2.4.2 环烷烃的结构与稳定性
环烷烃随着环的大小不同，其稳定性 不尽相同。
燃烧热：1 mol 化合物 完全燃烧
放出的热量
CO2 + H2O
C H 4 + 2 O 2 C O 2 + 2 H 2 O + 燃 烧 热
螺原子
螺[2.4]庚烷
5-甲基螺[2.4]庚烷11
3. 二环桥环烃
两个碳环共用两个或两个以上碳原子的烃叫桥环烃
二环桥环烃都有两个“桥头”碳原子和三条 连在“桥头”上的“桥”。 (1) 定母体：根据组成环的碳原子总数命名为二 环[ ]某烷。各“桥”所含碳原子数目,按由大 到小的次序写在“二环”和“某烷”之间的 方括号里。 (2) 编号：从桥头碳开始，先长桥，后短桥。 (3) 取代基的排列（同烷烃）。
CH3
6 CH3
5
1
4
2
3
1,6-二甲基-1-环己烯
CH3
5
4
1
3
2
5-甲基-1,3-环戊二烯
9
环戊烯
环辛炔
C H3
1
6
2
5
3
4
1-甲基-1-环己烯
1,3-环己二烯
2
H3C 3
1
4
6
5
3-甲基-1-环己烯
10
2. 二环螺环烃
两个碳环共用一个碳原子的烃叫螺环烃。
(1) 定母体：根据环上碳原子总数叫螺[ ]某烷(某烯)。 (2)再把连接于螺原子的两个环的碳原子数(不含螺原 子),按由小到大的次序写在“螺”和“某烷”之间的方 括号里,数字用圆点分开. (3) 编号：从小环邻接于螺原子的碳原子开始。 (4) 取代基排列（同烷烃）。
反-1,4-二甲基环己烷
6
(2) 环烯(炔)烃 --脂环烃的环上有双键(或叁键).
• 命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体,侧链为取 代基.
• 碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最 小.
• 对环上没有取代基，且只有一个不饱和键的环烯(或 炔)烃,双键或叁键位置可不标.
环戊烯
环辛炔
1,3-环己二烯
5
6
1
0.18 nm
4
56
1
4
32
3
2
1
H HH
4
5
HH 3 H
HH H
6
1
HH
2
H
H H
6 5
CCHH22 4
2
3
H H
HH H H
船式构象: (1) C1和C4上的C－H键存在非键张力
(2) C2与C3和C5与C6之间处于全重叠
式，存在扭转张力
21
椅式构象稳定的原因： 所有相邻C上的键都处 于交叉式
H
H
5
HH
H
4
H
H
3
6H
1
H
HH
2
H
H1
H
H 6 CH2 2 H
H
5
H
C4 H2
3
H
H
在椅式构象中，C1、C3、C5 原子在一个 平面上；C2、C4、C6 原子在另一个平面上。
22
12个C－H 键分为两类：
6个C－H 键处于直立键(a 键)，
出取代基的位号。编号时，仍遵循“最低系列” 原则，若有两种符合“最低系列”的编号，则使 “顺序规则”中“优先”的基团具有较大的位次 号。
3
CH3
5
1
CH3
2
4
3
1,2-二甲基环戊烷
1-甲基-3-乙基环己烷 **小取代基为1位.
1,1,4-三甲基环己烷
CH3
H
丙烷及环丙烷分子中碳碳键 原子轨道交盖情况
H
114°
H
17
特点： (1) C：sp3杂化，3个C原子共平 面，正三角形。
(2) 弯键,C－C－C键角105°，
偏离正常键角。两个相邻的C原子以sp3
杂化轨道形成 C－C σ键时，以弯曲的 方式交盖（存在角张力：键角偏离正常 键角而产生的张力），从而未能最大程 度的交盖。因此，环丙烷不稳定。
1
(1) 环烷烃--饱和的脂环烃叫环烷烃.通式CnH2n.
• 环丙烷 CH2-CH2
简写:
CH2
• 环丁烷 CH2-CH2 简写:
同 分
CH2-CH2
• 甲基环丙烷 CH2
简写:
CH-CH3
CH3
异 构 体
CH2
2
•命名(与烷烃相似): (A) 以碳环作为母体,环上侧链作为取代基命名; (B) 环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前
2.4 脂环烃
脂环烃：结构上具有环状碳骨架,而性质上与开 链烃(脂肪烃)相似的烃类,总称脂环烃. 根据脂环烃分子中所含碳环的数目，分为单环、二 环和多环脂环烃。
2.4.1 脂环烃的命名
1. 单环脂环烃
单环脂环烃的命名与烃相似： 母体名称： “环某烷或环某烯”。 环上的支链作为取代基，将其位次号和名称放在环 某烷或环某烯之前。
15
表 2.2 一些环烷烃的燃烧热
名称
环大小 分子燃烧热
/ kJ·Mol-1
平-均CH燃2烧-的热 / kJ·Mol-1
与开链烷烃 燃烧热的差 / kJ·Mol-1
环丙烷 3
2091
697
38
环丁烷 4
2744
686
27
源自文库环戊烷 5
3320
664
5
环己烷 6
3951
659
0
环庚烷 7
4637
662
3
4
当环上支链不易命名时，以碳链为母体， 环作为取代基来命名。
CH3CH2 CHCH2CH(CH3)2
2 甲基 4 环己基己烷
5
环烷的顺反异构:
由于碳原子连接成环,环上C-C单键不能自由旋转. 只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团, 就有构型不同的顺反异构体.
例: 1,4-二甲基环己烷
顺-1,4-二甲基环己烷
7
带有侧链的环烯烃命名:
(A) 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1;
(B) 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编 号顺序除双键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位 置号码的加和数为最小.
C H3
1
6
2
H3C 3 2 1
5
3
4
4
6
5
1-甲基-1-环己烯
3-甲基-1-环己烯 8
带有侧链的环烯烃命名:
环辛烷 8
5310
664
5
环壬烷 9
5981
665
6
环癸烷 10
6636
664
5
环十五烷 15
9885
660
1
开链烷烃
659
16
环烷烃的稳定性：
环己烷 > 环戊烷 > 环丁烷 > 环丙烷
环的张力越小，相应的环烷烃越稳定。
环丙烷的结构：
CH3
H
H
C
C H 2 1 0 9 .5 °
HC
60°
105°
C
18
2.4.3 环己烷的构象
环己烷的碳骨架不是平面结构， C－C－Ｃ键角为109.5°。通过旋转σ键 和键角的改变，可以得到两种典型构象：
椅式
船式
环己烷的椅式和船式构象
19
环己烷椅式构象
环己烷船式构象
环己烷椅式和船式构象的模型
20
椅式构象和船式构象可以相互转变，
但椅式构象比船式构象稳定：
0.25 nm
12
二环[2.2.1]庚烷
二环[2.1.0]戊烷
13
二环[3.1.1]庚烷 8,8-二甲基二环[3.2.1]辛烷
14
2.4.2 环烷烃的结构与稳定性
环烷烃随着环的大小不同，其稳定性 不尽相同。
燃烧热：1 mol 化合物 完全燃烧
放出的热量
CO2 + H2O
C H 4 + 2 O 2 C O 2 + 2 H 2 O + 燃 烧 热
螺原子
螺[2.4]庚烷
5-甲基螺[2.4]庚烷11
3. 二环桥环烃
两个碳环共用两个或两个以上碳原子的烃叫桥环烃
二环桥环烃都有两个“桥头”碳原子和三条 连在“桥头”上的“桥”。 (1) 定母体：根据组成环的碳原子总数命名为二 环[ ]某烷。各“桥”所含碳原子数目,按由大 到小的次序写在“二环”和“某烷”之间的 方括号里。 (2) 编号：从桥头碳开始，先长桥，后短桥。 (3) 取代基的排列（同烷烃）。
CH3
6 CH3
5
1
4
2
3
1,6-二甲基-1-环己烯
CH3
5
4
1
3
2
5-甲基-1,3-环戊二烯
9
环戊烯
环辛炔
C H3
1
6
2
5
3
4
1-甲基-1-环己烯
1,3-环己二烯
2
H3C 3
1
4
6
5
3-甲基-1-环己烯
10
2. 二环螺环烃
两个碳环共用一个碳原子的烃叫螺环烃。
(1) 定母体：根据环上碳原子总数叫螺[ ]某烷(某烯)。 (2)再把连接于螺原子的两个环的碳原子数(不含螺原 子),按由小到大的次序写在“螺”和“某烷”之间的方 括号里,数字用圆点分开. (3) 编号：从小环邻接于螺原子的碳原子开始。 (4) 取代基排列（同烷烃）。
反-1,4-二甲基环己烷
6
(2) 环烯(炔)烃 --脂环烃的环上有双键(或叁键).
• 命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体,侧链为取 代基.
• 碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最 小.
• 对环上没有取代基，且只有一个不饱和键的环烯(或 炔)烃,双键或叁键位置可不标.
环戊烯
环辛炔
1,3-环己二烯
5
6
1
0.18 nm
4
56
1
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3
2
1
H HH
4
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HH 3 H
HH H
6
1
HH
2
H
H H
6 5
CCHH22 4
2
3
H H
HH H H
船式构象: (1) C1和C4上的C－H键存在非键张力
(2) C2与C3和C5与C6之间处于全重叠
式，存在扭转张力
21
椅式构象稳定的原因： 所有相邻C上的键都处 于交叉式
H
H
5
HH
H
4
H
H
3
6H
1
H
HH
2
H
H1
H
H 6 CH2 2 H
H
5
H
C4 H2
3
H
H
在椅式构象中，C1、C3、C5 原子在一个 平面上；C2、C4、C6 原子在另一个平面上。
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12个C－H 键分为两类：
6个C－H 键处于直立键(a 键)，